6.2 光电效应 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

第六章 波粒二象性 第2节 光电效应 红外遥控器切换电视频道 手机扫码 这些应用都与光电效应有关。 什么是光电效应？ 把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。 这个现象说明了什么问题？ 思考与讨论： 什么是光电效应？ 用紫外线灯照射后，验电器张开的指针夹角会变小,说明锌板带的负电荷变少了。这意味着，紫外线会让电子从锌板表面逸出。 一、光电效应 1.光电效应：照射在金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。 逸出的电子称为光电子。 2.光电管：利用光电效应制成的一种光学元件，它的作用是把光信号转变为电信号。 二、光电效应的实验规律 1.光电效应的实验 光电管 电流表：测光电流的大小 电压表：测两极之间的电压大小 滑动变阻器：改变两极之间的电压大小 实验目的：研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色(频率)等物理量间的关系。 当入射光频率减小到某一数值c 时，A、K极板间不加反向电压，电流也为0。此时的光的频率c即为截止频率！ 2.截止频率 不同金属的截止频率不同。 截止频率与金属自身的性质有关。 理解：(1)金属要发生光电效应与入射光强弱无关，只与频率有关。 (2)入射光频率低于截止频率时，不管光照多强，金属都不会发生光电效应！ 光照不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。 2.饱和电流 理解： 频率不变，入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。 当K、A间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值Uc时，光电流恰为0。Uc称遏止电压。 3.遏止电压 同一种金属，截止电压只与光的频率有关。 光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，入射光的强弱无关。 理解：光电子克服电场力做功，到达A极板时速度刚好为零。 即使入射光的强度非常微弱，只要入射光频率大于被照金属的极限频率，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。 4.光电效应具有瞬时性 更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过10-9秒（这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”）。 （1）对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应； （2）当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强，饱和电流越大； （3）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大； （4）入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9秒。 总结： 电磁理论 ＊不存在截止频率 ＊截止电压→光强 ＊需要长时间 存在截止频率 遏止电压 →频率 瞬时<10-9s 实验结果 光电效应中的一些重要现象无法用经典电磁理论解释，这引发了物理学家们的认真思考。 光子：当光和物质相互作用时，光的能量不是连续的，而是一份一份的光量子。 一个光子的能量： 每个光子的能量只取决于光的频率。 三、光子假说 经典电磁理论在解释光电效应实验时遇到了根本性的困难。那么，利用光子假说，应该怎样解释光电效应实验呢？ 利用光子假说，应该怎样解释光电效应实验呢？ 经典电磁理论难以解释光电效应实验现象，而爱因斯坦的光子假说却能给出合理说明。首先是光电效应的瞬时性，光子假说认为光由能量为的光子构成，当光照射金属表面，电子吸收一个光子能量后，若此能量大于金属逸出功,电子能立刻从金属表面逸出，不存在能量积累过程，所以光电效应几乎瞬间发生。 光电效应是一个典型的物理现象，它的表达式是什么呢？ 1921年，爱因斯坦建立光电效应方程，获得诺贝尔物理学奖 其中： 按照爱因斯坦的理论，当光子照到金属上时，它的能量可以被金属中的某个电子全部吸收，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，在这些能量中，一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能，即 四、光电效应方程 ——金属的逸出功 W0 ——光电子最大初动能 （1）方程中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时动能大小可以是0~Ek范围内的任何值。 （2）光电效应方程符合能量守恒定律。 所以有截止频率： 从光电效应方程中，当初动能为零时，可得到截止频率： 当hν＞W0时，才会产生光电子 对于方程式： 【思考问题】（1）遏止电压为什么与入射光的频率有关而与入射光的强度无关呢？ 所以遏止电压与入射光的频率有关，与光的强度无关 【思考问题】 （2）爱因斯坦光电效应方程给出了光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系。 但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是遏止电压Uc。 那么，怎样得到遏止电压Uc与光的频率ν和逸出功W0的关系呢？ 康普顿效应美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现一部分散射出来的X射线波长变长，这个现象称为康普顿效应。 X射线 电子 反冲电子 散射射线 四、康普顿效应 1. 利用光电管研究光电效应实验如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则(　 　) A．用紫外线照射，电流表一定有电流通过 B．用红光照射，电流表一定无电流通过 C．用红外线照射，电流表一定无电流通过 D．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过 A 2. 在研究光电效应现象时，先后用两种不同色光照射同一光电管，所得的光电流与光电管两端所加电压间的关系曲线如图所示，下列说法正确的是( ) A. 色光乙的频率小、光强大 B. 色光乙的频率大、光强大 C. 若色光乙的强度减为原来的一半，无论电压多大，色光乙产生的光电流一定比色光甲产生的光电流小 D. 若另一光电管所加的正向电压不变，色光甲能产生光电流，则色光乙一定能产生光电流 D 3.某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示，表中给出了一些材料的极限波长，用该光源发出的光照射表中材料(　　) A.仅钠能产生光电子 B．仅钠、铜能产生光电子 C．仅铜、铂能产生光电子 D．都能产生光电子 材料 钠 铜 铂 极限波长(nm) 541 268 196 D 光电效应的实验规律 光电效应现象： 照射到金属表面的光，使金属中的电子从表面逸出的现象 存在截止频率 存在饱和电流 存在遏止电压 光电效应具有瞬时性 爱因斯坦的光电效应理论 光电效应方程： 或 光本身就是由一个个不可分割的能量子(光子)组成 Lavf56.15.102 p＝eq \f(h,λ) 一个光子的能量ε＝hν，由于物体的能量和动量存在：动量p= ,光子速度为c，因此光子的动量p＝eq \f(ε,c)＝eq \f(hν,c)，因光波的波长λ＝eq \f(c,ν)，则________． $